Enhanced Mono/Divalent Ion Separation via Charged Interlayer Channels in Montmorillonite-Based Membranes

纳米片 蒙脱石 二价 离子 化学工程 反离子 化学 纳滤 渗透 材料科学 纳米技术 有机化学 工程类 生物化学
作者
Bo Han,Xuejin Sun,Zhigang Fan,Haicheng Jiang,Ziyue Wang,Wenjuan Zhang,Zhongyi Jiang,Jun Ma
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c08853
摘要

Efficient mono- and divalent ion separation is pivotal for environmental conservation and energy utilization. Two-dimensional (2D) materials featuring interlayer nanochannels exhibit unique water and ion transport properties, rendering them highly suitable for water treatment membranes. In this work, we incorporated polydopamine/polyethylenimine (PDA/PEI) copolymers into 2D montmorillonite (MMT) nanosheet interlayer channels through electrostatic interactions and bioinspired bonding. A modified laminar structure was formed on the substrate surface via a straightforward vacuum filtration. The electrodialysis experiments reveal that these membranes could achieve monovalent permselectivity of 11.06 and Na+ flux of 2.09 × 10-8 mol cm-2 s-1. The enhanced permselectivity results from the synergistic effect of electrostatic and steric hindrance effect. In addition, the interaction between the PDA/PEI copolymer and the MMT nanosheet ensures the long-term operational stability of the membranes. Theoretical simulations reveal that Na+ has a lower migration energy barrier and higher migration rate for the modified MMT-based membrane compared to Mg2+. This work presents a novel approach for the development of monovalent permselective membranes.
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